Rozwiązania zadań kwalifikacyjnych na warsztaty chemiczne na Wydziale Chemii UW. 1. Równania reakcji: (3 pkt)

Transkrypt

1 Rozwiązania zadań kwalifikacyjnych na warsztaty chemiczne na Wydziale Chemii UW Zadanie 1. (12 pkt) 1. Równania reakcji: + 2 Fe Fe Fe 3+ + EDTA 4- FeEDTA - 2. znaczanie witaminy C (kwasu askorbinowego) polega na utlenianiu analitu za pomocą jonów żelaza (III) a następnie na odmiareczkowaniu nadmiaru tych jonów za pomocą EDTA, które najpierw wiąże jony żelaza (III), a dopiero w nadmiarze kompleksuje jony żelaza (II) ze względu na mniejszą stałą trwałości takiego kompleksu. Uwzględniając stechiometrię reakcji witaminy C z jonami żelaza (III) można obliczyć ilość witaminy C w poszczególnych próbkach. n witc = (c Fe(III) *V Fe(III) -c EDTA *V EDTA )/2 = (10 mm * 25 ml - 10 mm * V EDTA ) / 2 = 125 μmol - 5 mm * V EDTA Zawartość witaminy C w poszczególnych próbkach wyniesie odpowiednio: 29.0, 24.5, 28.0, 29.5 i 26.5 μmol. (1 (+2) pkt) Aby obliczyć masę witaminy C w litrze soku z cytryny należy uwzględnić masę molową kwasu askorbinowego oraz objętość próbek. m witc = n witc * (1 L / 0.01 L) * M witc = n witc * 100 * 176 mg / 1000 μmol = n witc * 17.6 mg/ μmol Po podstawieniu ilości witaminy C oznaczonej w poszczególnych próbkach do tego równania uzyskuje się odpowiednio wartości 510, 431, 493, 519 i 466 mg/l. (1 (+2) pkt) Średnia zawartość witaminy C w soku z cytryny to 484 mg/l. Błąd standardowy średniej (SEM) wyznacza się znając odchylenie standardowe, które w naszym przypadku wynosi 14 mg/l, oraz ilość pomiarów (5). SEM = σ/n 1/2 = 14 mg/l / 2.24 = 3.0 mg/l Zadanie 2. (8 pkt) 1,2. W wyniku addycji Michaela nitrometanu do 3-metylocyklopent-2-enonu powstaje 3-metylo-3-(nitrometylo)cyklopentanon (związek X). bydwa enancjomery narysowano poniżej i podano ich nazwy.

2 2 (S)-3-metylo-3-(nitrometylo)cyklopentanon 2 (R)-3-metylo-3-(nitrometylo)cyklopentanon 3. Konfrontacja chromatogramów A i B (czasów retencji dla obydwu enancjomerów w połaczeniu z intensywnoscią pików) wyraźnie wskazuje, że enancjomer R jest dominującym produktem. admiar enancjomeryczny opisuje procentowy nadmiar jednego enancjomeru względem drugiego. Względną ilość enanacjomeru odczytuje się z intensywności piku (pole powierzchni pod pikiem). ee = 100%*(n 1 -n 2 )/(n 1 +n 2 ) = 100% * ( ) / ( ) = 87.9% Zadanie 3. (12 pkt) 1. Zgodnie z równaniem ernsta, potencjał elektrody szklanej zależy prostoliniowo od p. E = E 0 -(RT/nF)*ln[ + ] = E 0 -(2.303*RT/F)*p Regresja linowa potencjału w zależności od p roztworu daje wartość nachylenia mv na jednostkę p. Teoretyczne nachylenie krzywej kalibracyjnej wynika z równania ernsta i jest równe *RT/F = * [J/(mol*K)] * 293 K / (96485 C/mol) = mv Procentowa różnica pomiędzy teoretycznym a eksperymentalnym nachyleniem: Δ = 100%*(s t -s e )/s t = 100% * [-58.1 mv - ( mv)] / (-58.1 mv) = 2.8% 2. czekiwaną wartością p dla wody destylowanej jest 7.0. czekiwany potencjał elektrochemiczny takiego roztworu można obliczyć używając wyznaczoną wartość nachylenia krzywej kalibracyjnej oraz potencjał standardowy elektrody (E 0, wartość przecięcia krzywej z osią odciętych), który wynosi 223 mv. E o = E 0 +s e *p = 223 mv + (-56.5 mv) * 7.0 = mv ie należy używać potencjału zmierzonego dla buforu o p 7.0, gdyż pojedyncza wartość jest mniej wiarygodna od wartości uzyskanej za pomocą sześciu buforów kalibracyjnych. Różnica pomiędzy potencjałem oczekiwanym a zmierzonym: Δ = E o -E e = -172 mv - (-127 mv) = - 45 mv Za pomocą zmierzonego potencjału wody destylowanej można wyznaczyć jej p korzystając z równania krzywej kalibracyjnej.

3 p = (E-E 0 )/s e = (-127 mv mv) / (-56.5 mv) = 6.2 Z tego wynika, że woda destylowana ma p słabo kwaśne zamiast oczekiwanego neutralnego. Przyczyną takiego zjawiska może być pochłanianie dwutlenku węgla z powietrza podczas przechowywania wody destylowanej, co powoduje lekkie zakwaszenie roztworu. Zadanie 4. (21 pkt) 1. W wyniku hydrolizy kaprylanu p-nitrofenylowego powstaje kaprylan i p-nitrofenol. (2pkt) Wyznaczenie stężenia enzymu: ProtParam podaje masę molową LipA jako Da (g/mol) i współczynnik ekstynkcji rozwiniętego białka (w 6 M roztworze silnej soli chaotropowej, chlorowodorku guanidyny) przy długości fali 280 nm jako M -1 cm -1. Znając prawo Lamberta-Beera można obliczyć stężenie molowe enzymu w roztworze użytym to oznaczania: c = A 280 /(ε 280 *l) = / (24.41 mm -1 cm -1 * 1.00 cm) = mm Aby obliczyć stężenie enzymu w roztworze źródłowym, należy uwzględnić rozcieńczenie roztworu wykonane przy pomiarze stężenia. c e = mm * (900 μl μl) / 100 μl = 0.31 mm Inaczej wyrażone stężenie: c g = c e *M e = 0.31 μmol/ml * mg/μmol = 6.0 mg/ml (1pkt) 3. Wyznaczenie parametrów kinetycznych reakcji. Parametry kinetyczne reakcji są obliczane z użyciem zależności szybkości reakcji enzymatycznej od stężenia substratu, w związku z tym należy wyznaczyć szybkość reakcji dla każdego stężenia substratu. W podanym przypadku należy oznaczyć szybkość wzrostu absorpcji (lub stężenia produktu) w czasie. Zgodnie z prawem Lamberta-Beera, zmiana absorpcji jest proporcjonalna do zmiany stężenia substancji absorbującej (w tym przypadku produktu reakcji, p-nitrofenolu). Szybkość reakcji wyznacza się dla początkowego, prostoliniowego przebiegu reakcji. ależy wizualnie sprawdzić przebieg reakcji i ewentualnie wyeliminować punkty leżące w zakresie nieprostoliniowym. W naszym przypadku będą to wartości absorpcji powyżej dla pomiarów przy stężeniach substratu od 1.5 mm i powyżej. astępnie należy obliczyć szybkość reakcji wyrażoną jako nachylenie prostej przedstawiającej zmianę absorpcji

4 w czasie. Wartości obliczone za pomocą regresji liniowej dla poszczególnych stężeń substratu to: 0.5 mm /min, 1.0 mm /min, 1.5 mm /min, 2.0 mm /min oraz 2.5 mm mm. trzymane dane (szybkość reakcji wyrażona jako szybkość zmiany absorpcji) w zależności od stężenia substratu) należy uzyć w celu obliczenia stałej Michaelisa i szybkości maksymalnej. ajbardziej odpowiednią procedurą jest regresja nieliniowa do równania Michaelisa-Menten, która daje szybkość maksymalną jednostki absorpcji na minutę i stałą Michaelisa 1.17 mm. Można także użyć metod liniowych i po odpowiednim przekształceniu równania Michaelisa-Menten do postaci liniowej, użyć regresji liniowej do wyznaczenia parametrów kinetycznych reakcji. Takie podejście oferują metody np. Lineweavera-Burka, Eadie-ofstee czy anesa-woolfa. W naszym przypadku dają one wartości zbliżone do stałych wyznaczonych za pomocą regresji nieliniowej, choć generalnie te metody są mniej wiarygodne od regresji nieliniowej. W celu wyznaczenia szybkości maksymalnej, należy przeliczyć absorpcję na stężenie wytworzonego produktu. Z prawa Lamberta-Beera wiadomo, że obydwie wielkości są do siebie proporcjonalne, a znając absorpcję 50 μm p-nitrofenolu (produktu reakcji) w warunkach reakcji można obliczyć szybkość maksymalną reakcji katalizowanej przez LipA. V max = min -1 * 50 μm / 0.52 = 21.6 μm/min Stałą katalityczna wiąże szybkość maksymalną ze stężeniem enzymu. Znając stężenie źródłowego roztworu enzymu i jego rozcieńczenie podczas przygotowywania mieszaniny reakcyjnej, można policzyć końcowe stężenie enzymu w roztworze. [E] = 0.31 mm /(200 * 200 μl / 20 μl) = μm Stała katalityczna: k cat = V max /[E] = 21.6 μm/min / μm = 139 min -1 = 2.32 s -1 Zadanie 5. (14 pkt) 1. Kolejno: E, B, D, F, C, G, A. (3.5 pkt) 2. D-ryboza 3. β (0.5 pkt) 4. Do puryn. (0.5 pkt)

5 5. Wiązanie fosfoestrowe jest bardziej trwałe niż pirofosforanowe. Wynika to z faktu, że fosforan (lub pirofosforan) jest dużo lepszą grupą odchodzącą niż jon alkoholanowy, ponieważ jest słabszą zasadą. Z kolei wiązanie pirofosforanowe jest trwalsze od bezwodnikowego. Trwałość ta wnika z obecności ładunków ujemnych na fosforanie utrudniających atak nukleofila (wody, jonu - ) na atom fosforu. W przypadku bezwodnika atak następuje na obojętny atom węgla. Poza tym podczas ataku na tetraedryczny atom fosforu powstaje zatłoczony sterycznie pięciokoordynacyjny stan przejściowy (w przypadku reakcji S 2). Podczas hydrolizy bezwodnika stan przejściowy jest tetraedryczny i w związku z tym łatwiej go wytworzyć. Pirofosforany są trwałe w roztworze wodnym, a bezwodnki łatwo hydrolizują. 6. GTP jest substratem polimerazy RA, ponieważ zawiera on resztę D-rybozy, a nie D-deoksyrybozy. (0.5 pkt) 7. - P - P - P - 5' 4' 3' ' 2' Chromatografia na żelu krzemionkowym jest chromatografią adsorpcyjną, gdzie faza stacjonarna jest polarna, a faza mobilna jest niepolarna. W związku z tym związki bardziej polarne, które silniej adsorbują się na żelu krzemionkowym, będą słabiej wymywane przez fazę ruchomą od związków mniej polarnych. W związku z tym im bardziej polarny związek, tym mniejszy jego współczynnik retencji podczas chromatografii adsorpcyjnej na polarnym nośniku. Ze względu na obecność zjonizowanych grup fosforanowych, GTP jest najbardziej polarnym związkiem, 5 -guanozynomonofosforan jest mniej polarny od GTP, ale bardziej polarny od pozostałych związków. Guanozyna jest bardziej polarna od guaniny ze względu na obecność polarnej reszty cukrowej w cząsteczce. Współczynnik retencji będzie rósł w szeregu GMP < 5 -guanozynomonofosforan < guanozyna < guanina. Jednocześnie im większa polarność związku tym lepsza jego rozpuszczalność w wodzie. W związku z tym rozpuszczalność w wodzie maleje w szeregu GMP > 5 -guanozynomonofosforan > guanozyna > guanina.